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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置および表示装置用の信号処理装置に関するものであり、液晶ディスプレイ、プロジェクタ等の大画面／高精細表示装置に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
マルチメディア時代の到来により、あらゆる場面で表示装置が用いられているが、特に投射型表示装置は、大画面化が他の方式に比べて効率的なため、プレゼンテーション等にフロントプロジェクタが、家庭用シアターとしてリアプロジェクタが普及している。
【０００３】
近年、ＣＲＴ投射に代わり、液晶パネル方式や、ミラーの角度を変えることにより光量を変調するＤＭＤ（ディジタル・ミラー・デバイス、例えば特開平１０−７８５５０号参照）方式のプロジェクタが高輝度、高精細化に適しているために広がりを見せている。
【０００４】
しかしながら、これらの投射型表示装置は、一般に使用されているＣＲＴ直視管の画質に達せず、高画質表示（質感が求められている表示）の場合、ユーザーは、画面サイズが小型であっても、ＣＲＴ直視管を用いる場合が多い。ここで言う高画質（質感）とは、高ダイナミックレンジ（高コントラスト、高階調表示可能）ということである。
【０００５】
ＣＲＴは、輝度を電子ビーム強度等で変調可能なため、ダイナミックレンジは、特定領域（一部領域）のみ白を表示する場合等は、１０００：１程度まで実現できる。したがって、白はより白く、黒はより黒くできるポテンシャルがあり、すぐれた画質を実現している。しかしながら、ＣＲＴ方式の場合、チューブ等の限界により大きさがせいぜい４０インチ程度でそれ以上のサイズは技術的に難易度が高いという問題点を有している。
【０００６】
一方、投射型表示装置では、ＣＲＴ方式は、そのエンジンサイズ、明るさ、高精細化等にそれぞれトレードオフがあり、上述したように、高輝度化および高精細化に適した液晶方式やＤＭＤ方式が近年主流となっている。これらの場合、液晶またはＤＭＤが光を変調する光変調器の役割をもち、ランプから上記液晶デバイスまたはＤＭＤへ照明し、投射光学系により拡大投影する。従って、上記ダイナミックレンジは、主に液晶デバイスまたはＤＭＤのもつダイナミックレンジにより決定される。
【０００７】
上記デバイスの実用的ダイナミックレンジは、液晶の場合、約３００〜４００：１程度、ＤＭＤの場合５００〜６００：１程度である。したがって、上述のＣＲＴ方式に、なかなか高画質（高ダイナミックレンジ）の１点で勝てないという問題を有していた。
また、直視型ＬＣＤの場合も同様に、ＣＲＴに比べて、ダイナミックレンジが低いことが問題となっていた。
なお、本発明の背景となる文献としては、特登録２６４３７１２、特開平６−１０２４８４、特開平１１−６５５２８、特開平６−１６７７１７が挙げられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、光変調素子に光を照射してその透過光もしくは反射光により表示画面を構成する投射型表示装置や直視型表示装置において高画質を実現することである。
より具体的には、本発明の目的は、投射型表示装置のもつ、大画面、高精細の特徴に、高ダイナミックレンジという高画質を達成する方式を提供することである。
さらに、上記方式は、液晶デバイス、ＤＭＤといった現行のデバイスのレベルであっても、そのデバイスとの組合せにより上記目的を達成するものであり、低コスト、実用的方式である。
また、バックライトを備えた直視型の液晶表示装置においても、高解像度の特徴に、高ダイナミックレンジという高画質を達成する方式を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の表示装置は、光変調素子に光源より発生する光を照射し、該光変調素子より透過又は反射した光により画像を表示する表示装置において、
入力表示信号に基づいて所定の演算を行う入力画像演算手段と、
前記光変調素子に照射される光量を検出するセンサと、
前記演算の結果と前記センサによる検出結果とに基づいて表示信号の調整を行う調整回路と、
前記演算の結果と前記センサによる検出結果とに基づいて、前記光変調素子に照射される光量を段階的に増加又は減少させる光量制御手段とを有し、
前記光量制御手段が、前記光量を所定の段階である第１の段階から１段階増加した第２の段階に増加させるときの閾値と、前記第２の段階からより低光量の段階に減少させるときの閾値とが異なるものであることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態に係る表示装置は、光変調器（液晶デバイス、ＤＭＤ）を照明する光量の調整手段と、上記照明光量に基づいた光変調器への信号処理回路およびその信号書き込み手段を設けたことを特徴とする。
本発明の好ましい実施の形態に係る投射型表示装置は、光源と光変調器（液晶デバイス、ＤＭＤ）との間に上記光変調器を照明する光量の調整手段（照明光量変調手段）と、上記照明光量に基づいた光変調器への信号処理回路およびその信号書き込み手段を設けたことを特徴とする。
上記の信号処理回路は、前記光量または光量制御信号に反比例する増幅率で入力映像信号を増幅する増幅手段を備えてもよい。
【００１８】
【作用】
本発明によれば、光変調器に照射される光量を調整する照明光量変調手段を設けたため、暗い画面は低光量で、明るい画面は高光量で照明することができ、結果として光変調器を一定光量で照明した場合よりも高いダイナミックレンジを実現することができる。
また、上記表示信号を調整する調整回路となる信号処理回路および信号書き込み手段により光量と信号増幅率を略反比例の関係で制御することにより、中間調における表示輝度を一定に保ちながら、高ダイナミックレンジを実現することができる。
【００１９】
上記の照明光量変調手段は、光変調器に照射される光を発生する光源を直接制御するものや、光源と光変調器との間に設けられて照明光量の透過率を変調するものでもよい。前者としては、光源に供給する電圧または電流を制御する手段を、後者としては、光源からの光束を偏光光束に変換する手段と、回転可能に配置した偏光板または位相板とを組み合わせたものを例示することができる。
【００２０】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
［実施例１］
図１は本発明の一実施例に係る信号処理装置のブロック図を示す。
図１において、１８、１７、１６は、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色表示対応の液晶パネル、５４は各液晶パネルに印加する信号と電源を供給するドライバ回路、５５はＤ／Ａコンバータ、５６はメモリである。メモリ５６は、現状の表示データと次のフレームで表示するデータ等を保持する。５７はＤＳＰ部で、ガンマ調整、インターレース信号のノンインターレース信号への変換、使用している液晶パネルの画素数と入力信号の画素数とが対応しない場合の解像度変換、および色調整等の処理だけでなく、照明光量制御のために各色の信号レベルを算出する演算等を実行する。５８はタイミング発生回路、５９は電源ＯＮ−ＯＦＦおよび各種設定を行うリモコンである。６０はリモコンからの信号を受け、かつ、各種入力信号切換等を行うための制御パネル、６１は照明光量を変調(制御)するための超音波モータ用のドライバ、６２は超音波モータである。６３はマイコンで、バスを介して、メモリ５６、ＤＳＰ部５７、タイミング発生回路５８、制御パネル６０、ＵＳＭドライバ６１、電源６６、ランプ用バラスト６４等の各ブロックが接続され、それら各ブロックの制御を行っている。バラスト６４には、ランプ６５が接続されている。６７はＡ／Ｄコンバータ、６８はスイッチである。６９は信号処理回路であり、ＮＴＳＣ信号のデコード、ノイズ低減処理、帯域制限フィルタリングおよび信号レベル調節等の信号処理を行う。７１はＰＣ（パソコン）入力端子、７２はＮＴＳＣ入力端子で、本ブロック図には、アナログ入力信号のみ記載されているが、それに限らず、ＬＶＤＳ、ＴＭＤＳ等の入力端子や、デジタルＴＶ用Ｄ３端子等を設けても有効であることは言うまでもない。７５は音声入力端子、７６は音声切換スイッチ、７０は音声処理回路、７３はスピーカ、７４はＡＣインレットである。
【００２１】
図１の電気ブロック図を用いて、本実施例の照明光量変調方式の駆動の基本動作（映像信号により決まる最大輝度レベルに応じた液晶パネルヘの信号書込み方式の動作）について説明する。
入力端子７１、７２から入力した信号は、Ａ／Ｄコンバータ６７を介して、デジタル信号に変換され、一旦メモリ５６へ格納される。その時、そのフレームでの最大輝度レベルを算出し、その最大輝度レベルに対応した照明光量が得られる偏光板もしくは位相板の回転角度またはバラスト６４を介して光源に供給される電流もしくは電圧を算出するとともに、その光量の照明光がパネルに照射した時、各画素で所望の輝度が実現する信号を演算し書込む。メモリ５６からの信号の読み出しは、記憶されている信号に対応する光量制御と同期して行われる。上記最大輝度レベルの算出方法については、後述する。
【００２２】
図２により各表示画像における光量変調と信号ゲインの関係を説明する。
図２（ａ）は、時刻ｔｌの時の画像であり、山に太陽が沈み始め山陰や空が暗くなり始めているシーンを示している。図中の数値は、その画像の輝度レベルを示している。図２の（ｂ）は、（ａ）よりも時間が経過した後の画像であり、更に太陽が沈み暗くなっている。その時のピークは、前回（ａ）に比較して、８０％レベルになっている。更に時間が経過し、夜になり、空には月が出て、最大輝度レベルが３０％となった場合を（ｃ）に示す。
【００２３】
ここで、各画像データに対して、（ａ）に対しては液晶パネルに１００％レベルの光を照明し、（ｂ）に対しては８０％レベル、（ｃ）に対しては３０％レベルの光を照明する。各場合の表示画像は、（ａ’）、（ｂ’）、（ｃ’）となる。ここで、照明光の減少分を信号を増幅することにより補う。（ａ’）は光量低下が無いため、増幅率は１とし、（ｂ’）は増幅率を１．２５倍にし、（ｃ’）は増幅率を３．３倍とする。その結果は、（ａ”）、（ｂ”）、（ｃ”）となり、表示輝度は保たれる。
【００２４】
以上のように、光量変調と信号の増幅を組み合せることにより、黒浮きを抑えることによるダイナミックレンジの改善を、表示輝度を維持しながら行うことが可能となる。
【００２５】
液晶パネルのダイナミックレンジが２００：１レベルのものであれば、１００％光量を照射すると、黒レベルは、０．５という輝度レベル以下は、表示できないが、本実施例によると、画面全体が暗くなるにつれて、黒レベルの表示可能領域が拡大するため、より締まった黒表示が実現できる。画面全体が明るい場合や、外光からの反射光の影響がある場合、人間の目には、黒レベルの細かな差異の認識レベルが低下することもあり、黒の再現性は、それ程目立たない。しかし、暗いシーンになればなるほど、その再現性が重要となるが、それが上記技術とマッチングしており、上記例の場合は、実質的に６６０：１程度にダイナミックレンジが向上する。
【００２６】
映画など暗い映像シーンが多いソースの場合、本効果は絶大であり、黒の再現性の良い、ダイナミックレンジの改善された画像を得ることができた。
【００２７】
本実施例では、照明光量の減少分を信号ゲインの増幅を補うことにより、表示輝度を保ちながらダイナミックレンジを改善する方法について説明したが、ＬＣＤのダイナミックレンジを有効に使うために、信号のゲインを照明光量の減少分より大きくする方法も有効である。
【００２８】
次に、より具体的な画像信号からどのようにして、最大輝度を算出し、更に、その算出された最大輝度データから所望の照明光量レベルを算出するか、そして、照明光量レベルから、映像信号の増幅率をどのように決定するかについて詳細に説明する。
【００２９】
１フレームまたは１フィールド内の入力画像データを順に比較することにより、最大輝度を算出する。この場合、１画素毎の比較を行うと、ノイズなどの影響により、誤った最大輝度を算出する場合があるので、着目画素の近隣の数画素を平均化（または重み付け平均化）した値を各画素値として比較をし、最大輝度を算出することも有効である。
【００３０】
図３は、ＤＳＰ内の処理を説明するためのブロック図であり、図４はフローチャートである。
入力端３０１より入力した入力信号３０１に基づいて輝度分布算出部３０２は、上記の様に最大輝度を算出し（Ｓ４０２）、その結果をもとに照明光量算出部３０３により照明光量が決定される（Ｓ４０３）。そして、光量制御量算出部３０４により、光量制御量が決定される（Ｓ４０４）。次に、投射される表示輝度が保たれるように増幅率算出部３０５により増幅率が決定され（Ｓ４０５）、書込信号変換手段である映像信号増幅部３０６により、入力信号３０１が増幅され出力信号３０７として出力される。
【００３１】
なお、書込信号変換のための回路には、乗算器を用いてもよいし、より変換特性が詳細に設定できる変換表（ＬＵＴ：Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）を用いてもよい。また、映像信号処理回路（例えば図１の信号処理回路６９、図５の映像信号処理部５０８）の中に既に存在するダイナミックレンジ調整回路を用いてもよい。
【００３２】
［実施例２］
図５は本発明の第２の実施例に係る光量制御演算および信号ゲイン設定部のブロック図である。
実施例１では光変調素子として液晶パネルを用いる構成を示したが、本実施例では光変調素子としてＤＭＤとして知られる、微小ミラーを集積し、各ミラーによる照射光の反射方向を制御することにより画像を表示する光変調素子を用いる。実施例１と重複する部分については説明を省略する。
【００３３】
図５において、信号入力端子５０１より入力した映像信号は、調整回路を構成するアナログ増幅部５０２により、増幅率算定部５０７により演算された増幅率により増幅される。次にＡ／Ｄ変換器５０３によりデジタル信号に変換された後、入力画像演算手段を構成する輝度検出部５０４により最大輝度が決定される。
なお本実施例においては最大輝度の決定が増幅後に行われるので、増幅状態を考慮して最大輝度が決められる。最大輝度に応じて照明光量演算部５０５により照明光量が算出され、次の光量制御量演算部５０６により光量制御量が決定される。光量演算部５０５と光量制御量演算部５０６が光量制御手段を構成する。前記増幅率算定部５０７で増幅率を求め、その結果により前述のアナログ増幅器の増幅率が決定される。信号処理部５０８では、照明光量制御以外の各種の信号処理が行われる。信号処理部５０８より出力された信号はＤＭＤドライバ回路５０９を介してＤＭＤパネル５１０へ書込まれる。
【００３４】
図５は、実施例１における信号ゲイン設定部をアナログ回路で実現したものであり、増幅器の増幅率を可変にしたり、Ａ／Ｄ変換器の基準電圧を可変に設定できるようにすればよい。
更に基準電圧の与え方を工夫することにより、非線型な増幅も可能となり、その結果、階調再現性を改善することが可能となる。
【００３５】
本実施例の様に、Ａ／Ｄ変換器で変換される前のアナログ信号の段階で、光量制御に基づいた映像信号の増幅を行うことにより、実施例１に比較して、量子化による誤差を抑えることが可能となり、ダイナミックレンジを改善した画像においても、階調性の劣化の少ない良好な画質を得ることが可能となる。
ＤＭＤに対して、本発明を適用することにより、ダイナミックレンジの改善に加えて、信号レベルの伸長により、ＤＭＤ特有の低輝度側での誤差拡散等の２値化処理による粒状の画質劣化も改善することが可能となる。
本実施例では、ＤＭＤパネルの場合について説明したが、液晶パネルの場合でも同様に行うことができる。
【００３６】
［実施例３］
図６は本発明の第３の実施例に係る光量制御部および信号ゲイン設定部のブロック図である。本実施例において、光量制御は、光変調素子に照射される光量を演算部にフィードバックして行う。
図６においては、入力端６０１より入力された映像信号に基づいて、輝度検出部６０２により輝度分布を算出し、照明光量演算部６０３により照明光量を算出する。次に光量制御量演算部６０４により光量制御量を算出し、照明制御装置６０８により照明６０９を駆動する。
【００３７】
照明光量検出センサ６１０では、照明６０９からの照明光の輝度を検出し、光量制御量算出部６０４およびゲイン算出部６０５へ与える。ゲイン算出部６０５では、設定する照明光量または検出した照明光量に応じて、パネルヘの書込みゲインを決定する。ゲイン部６０６では入力信号６０１を入力しゲイン算出部６０５で決定された係数に応じて、入出力特性を変化させる。信号処理部６０７では、各種の信号処理を行い、パネル駆動回路（例えば図１のパネルドライバ５４）へ映像信号を送信する。
【００３８】
次に図７のフローチャートを用いて、処理／制御方法について説明する。
まず映像信号から決まる所望の照明光量（Ｓ７０１）と、照明光量検出センサから得られる現在の照明光量（Ｓ７０２）とを比較する。ここで、所望の照明光量が現在の照明光量より、大きいか否かにより、照明光量変化方向が決定される（Ｓ７０３）。次に時定数算出手段により１制御サイクルあたりの変化量が算出される。次に、各々の変化方向に対応した照明光量変化量を算出し（Ｓ７０５）、その変化量に応じた制御をモータに対して行う（Ｓ７０６）。次に、光量検出器で、再度、制御後の照明光量を検出し（Ｓ７０７）、Ｓ７０１に戻る。
Ｓ７０８では、制御後の照明光量から、現状の照明光量に適した信号レベルを算出し、信号に対する増幅率を決定し、光変調器へ書込むための信号に変換する（Ｓ７０９）。ここで、Ｓ７０３は破線で示すように、Ｓ７０６で決定された照明光量をもとにして行ってもよい。
【００３９】
照明光を検出するためのセンサは、後述の実施例に示されるように、光変調器へ入射される光に比例した光を検知するために、光路内または漏れ光が検出できる位置に設定される。
【００４０】
ここで、本例のようなフィードバック系を用いない場合は、Ｓ７０２で用いられる現在の照明光量を、Ｓ７０７にて前回設定した値とすれば、この制御フローを用いることができる。
ここで、時定数は、モータの動作速度や、モータに制御信号を与えてから制御信号に応じた動作を終了するまでの時間等から決められる。
【００４１】
本実施例によれば、照明光量を検出するセンサを用いて、フィードバック制御を行うことにより、照明の設定と信号増幅率の設定を精度良く行うことが可能となるため、表示画像の輝度を安定して制御できるという効果がある。
【００４２】
また、動作速度の遅いモータを使用した場合や、モータの制御に時定数などを用いて速度制御を行う場合には特に効果が得られる。
【００４３】
［実施例４］
図８は、本発明による信号処理装置を含む表示装置のブロック構成図である。
この図は図１のＤＳＰ５７に相当する部分および本実施例における制御に特に関連する部分を含んでいる。なお、本実施例では表示信号と光量制御タイミングの同期は図１のメモリ５６とは別に設けた映像信号遅延部１１０で行うようにしている。本実施例では、ＬＣＤ等の表示デバイスに照射される照明光量が表示デバイス上で一様に変調される場合について説明する。
【００４４】
図８において、１０１は映像入力端子、１０２はゲイン（ダイナミックレンジ）コントロール部、１０３は信号処理部、１０４はガンマ変換部、１０５はＤ／Ａ変換器、１０６はＬＣＤなどの表示デバイスであり、１０７は照明変調係数演算部、１０８は照明変調デバイスドライバ、１０９は照明変調デバイスである。
また、１１０は映像信号遅延部、１１１は制御信号遅延部である。
【００４５】
映像入力端子１０１より入力された映像信号は、照明変調係数演算部１０７に入力され、ここで、照明変調デバイスドライバ１０８へ出力される光量制御量、および、ゲインコントロール部またはガンマ部ヘ出力されるゲイン制御量を算出する。
【００４６】
図９を用いて、図８の照明変調係数演算部１０７内の動作ステップについて、説明する。図８の映像入力端子１０１より入力された映像信号は、照明変調係数演算部１０７に入力され、輝度分布算出部１０７−１により、輝度分布が演算される。ここで、輝度分布としては、１画面または複数画画の映像信号データの最大値、最小値、平均値、ヒストグラム等が算出される。
【００４７】
次に、照明光量算出部１０７−２において、輝度分布算出結果より、目標となる光量値を算出する。算出方法の詳細は、後述する。後述の「処理フロー１」および「処理フロー２」では、輝度の最大値を用いたフローについて説明し、「処理フロー３」では、輝度のヒストグラムを用いた方法について説明する。
【００４８】
次に、光量制御量算出部１０７−３において、目標光量値から、光量制御量を算出する。ここで、現在の光量値より目標となる光量値が大きければ、後述の時定数算出部により、予め決めた値だけ光量が大となるように、光量制御信号を決定し、逆に、現在の光量値より目標となる光量値が小さければ予め決めた値だけ光量が小さくなるように光量制御量を決定する。
【００４９】
次に信号ゲイン演算部１０７−４では、前記光量制御信号により決まる光量に合わせて、映像信号のゲインおよびオフセットを決定する。ここで、照明光量×信号ゲインが常に一定となるように制御を行い、表示される映像の明るさが保たれる。
【００５０】
前述の時定数設定部１０７−５により、光量の変化量が設定される。ここで、光量の変化率は一定でもよいし、目標値と現在値の差により変化させてもよい。
但し、立ち下がり方向（照明光が暗くなる方向）では、光量の減少により、映像信号を増幅すれば、制御のスピードに関わらず、表示される輝度を再現することはできるが、立ち上がり方向（照明光を明るくする方向）では、照明光を明るくする速度が遅いと映像信号を変化させても、表示輝度を再現できない。よって本実施例では、立ち下がりの時定数よりも立上りの時定数を速くした。これにより急な白表示を再現できる。なお光量の変化率の設定方法には種々の方法があるが、ここでは一制御サイクルあたりの変化量によって変化率を設定した。
【００５１】
立上り／立ち下がり方向は輝度変化方向検出手段により検出される。変化率を小さく設定することにより、急激な照明輝度の変化を行った場合に発生する、フリッカのように見える現象を抑制することが出来る。なお、本実施例に拠れば、特に光量を減らしていく方向には照明の制御スピードがあまり速くなくても、不自然に見えないことがわかった。
【００５２】
また、本実施例では、照明の明／暗の方向がある程度安定しないとフリッカのように見えるという問題に対応するため、輝度情報から照明光量を算出するためのしきい値にヒステリシスを持たせ、立上り方向のしきい値と立ち下がり方向のしきい値を変える（立上りの方を大きくする）ことにより安定した制御を行う。
【００５３】
また、検出された映像フレームが表示される時と、実際に光量が変わるまでには、時間的なずれが生じる。これを改善するために、本実施例でも、光量の変化と表示映像を同期させる。
【００５４】
そのため、映像信号遅延部１１０では、光量が変化するタイミングに同期させて演算に用いた画像を表示することができるように、映像信号を一時記憶したのち出力することにより遅延させる。
映像信号遅延部１１０は、フレームメモリ等を用いて実現することができる。
【００５５】
また、映像信号を遅延する代わりに、制御信号遅延部１１１により、制御信号を遅延させてもよい。この場合、算出した映像と実際に制御する映像に遅延が生じるが、フレームメモリなどを用いなくとも数個のフリップフロップなどの遅延素子で実現できるため、低コストで、光量の変化と表示映像の変化を合せることは可能である。
【００５６】
以下に、本実施例による処理フロー例を示す。
映像信号を８ビットとした場合、その入力信号は０〜２５５の２５６階調となる。ここで、０を黒、２５５を白表示とする。
【００５７】
［処理フロー１］
▲１▼ＲＧＢ各色の１フレームまたは１フィールド内の最大値ＲＭＡＸ、ＧＭＡＸ、ＢＭＡＸを算出する。
【００５８】
▲２▼ＲＭＡＸ，ＢＭＡＸ，ＧＭＡＸの中で最も大きな値を最大輝度ＲＧＢｍａｘとすると、目標照明光量Ｌｔｇ［％］は、
Ｌｔｇ＝ＲＧＢｍａｘ／２５５＊１００
となる。
【００５９】
ここで、実際の設定値は下記の様に目標照明光量は１０段階とし、しきい値にヒステリシスを持たせる。
※立上り（照明光量を明るくする）の場合
ＲＧＢｍａｘ Ｌｔｇ
２３０〜２５５ → １００％
２０４〜２２９ → ９０％
１７９〜２０３ → ８０％
以下同様
※立下り（照明光量を暗くする）の場合
ＲＧＢｍａｘ Ｌｔｇ
２２０〜２５５ → １００％
１９４〜２１９ → ９０％
１６９〜１９３ → ８０％
以下同様
【００６０】
▲３▼立上り（暗→明）の時の一制御サイクルあたりの光量変化量をＤｕｐ、立下り（明→晴）の時の一制御サイクルあたりの光量変化量をＤｄｎとすると、
目標照射光量と前回の設定光量とを比較し、目標照射光量が前回の設定光量よりも大きい場合は、設定照射光量を増加させる。このとき、目標照射光量と前回の照射光量の差が、Ｄｕｐよりも大きいときは、一制御サイクルで目標照射光量まで光量を増加させることはせず、光量の増加はＤｕｐにとどめる。
また目標照射光量と前回の設定光量とを比較し、目標照射光量が前回の設定光量よりも小さい場合は、設定照射光量を減少させる。このとき、目標照射光量と前回の照射光量の差が、Ｄｄｎよりも大きいときは、一制御サイクルで目標照射光量まで光量を減少させることはせず、光量の減少はＤｄｎにとどめる。
この制御プロセスを実行するプログラム例は以下のように表される。
【００６１】
【数１】

Figure 0004574057
【００６２】
▲４▼設定照明光量に対応したパルスモータの設定および信号ゲインの設定を垂直同期信号ＶＤに同期して行う。
▲５▼上記▲１▼▲２▼▲３▼▲４▼を△Ｔ時間毎に繰り返す。
【００６３】
ここで、△Ｔは、光量を制御する手段の動作速度、ここでは光量を変化させる偏向板を回転させるモータの動作速度にも依存するが、この処理フローでは、十分な速度を持ったモータを用いて、１フレーム間隔を制御サイクルとした。また、１フレームを複数フィールドで構成する場合はフィールド間隔であることが望ましい。
【００６４】
［処理フロー２］
また、モータの動作速度がフレームレートに比べて遅い場合は、次のフローを用いることにより、光量制御を効果的に実現できる。
▲１▼前述の処理フロー１と同じ。
▲２▼前述の処理フロー１と同じ。
▲３▼設定光量Ｌｗ（ｎ）＝Ｌｔｇ
▲４▼設定光量に対応したパルスモータの設定を行う。
【００６５】
ここで、信号ゲインの設定は、パルスモータが設定値に到達するまでの期間中、照明光量の変化に合せて、垂直同期信号ＶＤに同期して目標値までリニアに設定を繰り返す。
▲５▼パルスモータが設定値に到達した後に、上記▲１▼▲２▼▲３▼▲４▼を繰り返す。
以上により、モータの動作速度が遅い場合も、表示輝度を一定に保つことが可能となる。
【００６６】
［処理フロー３］
輝度分布のヒストグラムを用いた処理方法について説明する。
▲１▼入力信号は比較器のしきい値Ａ０からＡ（ｎ−１）によりｎ分割され、各々の範囲内の信号の数をカウントすることにより輝度分布が作成される。ｎ分割したカウント数を各々Ｃ０〜Ｃｎとする。ここで、Ａ（ｎ−１）＞Ａ（ｎ−２）＞…＞Ａ０である。
▲２▼次に輝度の大きい範囲から順に予め決めた個数より多いか否かを判断し、目的となる光量値を算出する。
【００６７】
ここで、実際の設定値は下記の様に目標照明光量は１０段階とし、しきい値にヒステリシスを持たせる。
※立上り（照明光量を明るくする）の場合
【００６８】
【数２】
Figure 0004574057
※立下り（照明光量を明るくする）の場合
【００６９】
【数３】
Figure 0004574057
【００７０】
ここで、比較値およびヒステリシス量△Ｈは、比較を行うカウント値ごとに変えてもよい。
▲３▼前述の処理フロー１または２と同じ
▲４▼前述の処理フロー１または２と同じ
▲５▼前述の処理フロー１または２と同じ
以上、本実施例によれば、目標照明光量をｎ分割し、照明光量の制御方向により、照明光量を決定するための判定値であるしきい値にヒステリシスを持たせることによって、しきい値近辺で、照明光量の変化が頻繁に起きる現象を無くし、安定した画像を得ることが可能になり、画質が更に改善される。
また、時定数設定部に、時間軸変化量制御、具体的には一制御サイクルあたりの光量変化を実質的に生じさせる時間を調整する機能を与えることにより、ランプに対する光量変化速度を制御（制限）することができるため、好適な表示が実現できる。
また、動作速度の遅い照明制御手段を用いることもでき、コスト的に有利である。
また、フリッカのような現象を抑制することが可能となる。
【００７１】
このように、入力された画像信号のレベル（分布、特性）に従い、照明光量を可変し、照明光量に合わせて映像信号のゲイン或いは電圧−輝度特性を変換する手段を持つことにより、表示される輝度を保ちながら、ダイナミックレンジを改善することが可能となった。
【００７２】
［実施例５］
次に、本発明の第５の実施例について説明する。
図１０は、本発明の５実施例に係る液晶プロジェクタの光学系の構成を示す図で、１はランプ用リフレクタ、２は発光管（ランプ）、３ははえの目インテグレータ、４はＰＳ変換光学素子、５は照明光量変調器である。照明光量変調器５は、位相板もしくは偏光板が超音波モータに取り付けられている。６、２４はリレーレンズ、７、９、１１、１２はミラー、８、１０はダイクロミラー、１３、１４、１５はフィールドレンズ、１６、１７、１８は液晶パネル、１９、２０、２１は偏光板、２２はクロスプリズム、２３は投射レンズである。
【００７３】
図１０により、液晶パネル１６、１７、１８への照明光量が変調される原理を説明する。ランプ２より出射した光束２５は、リフレクタ１に反射して、平行光束２６となる。本実施例では、リフレクタ１の形状が放物型で平行光束へ変換されるが、リフレクタ形状を楕円型とし、集光光束へ変換しても良いことは言うまでもない。上記光束２６は、はえの目インテグレータ３へ入射し、入射側はえの目のレンズ３ａの各々は、液晶パネルと共役な関係となっている。このインテグレータ３により、ランプ２から出射した光束の分布は均一化され、また、ランプ２の発光領域ごとの色分布も同時に均一化される。
【００７４】
インテグレータ３を出射した光束は、無偏光光束であり、ＰＳ変換素子４により直線偏光光束へ変換される。これらのＰＳ変換素子としては、例えば、偏光ビームスプリッタと１／２波長板から構成されるものを用いることができる。この方式の場合、Ｐ光とＳ光との比率は２０：１以上が十分得られた。
【００７５】
この直線偏光光束が、偏光板もしくは位相板を連続的に回転するように構成された光学素子５を通過すると、液晶パネルへの照明光量が連続的に変わる。
【００７６】
光学素子５に偏光板を用いた場合、上記ＰＳ変換素子４通過後の直線偏光方向と偏光板の偏光子方向が平行配置のとき、偏光板での吸収表面反射成分約１５％を除く光量（約８５％）が透過する。
【００７７】
上記直線偏光光束の偏光方向に対して、偏光板を回転すると、偏光板の偏光子方向への射影成分のみが透過するために、連続的に光量を落とすことができる。
上記光学素子５に入射する直線偏光光束のＰＳ比率が、２０：１の場合、パネルへの照明光量を１／２０まで変化させることができた。
【００７８】
上述の如く、ＰＳ変換素子４通過後、光束は直線偏光光へ変換され（部分直線変換もあり得る）、その後に直線偏光光が通過する偏光板を回転することにより、パネルへの照明光量を変更することができる。この偏光板の位置は、ＰＳ変換後であれば、基本的にどこでも良いが、光源に近い位置に配置すると光量が強く、偏光板自身が変質するので、離して配置することが望ましい。また、光源から離して配置することが難しい場合、サファイア製の偏光板を用いて耐光耐熱特性を高めることができる。
【００７９】
上記偏光板は超音波モータにより回転する。超音波モータ（ＵＳＭ）は、高速かつ回転角の制御性が良く、本目的の光量調整には好適である。
超音波モータの回転速度は、負荷トルクにも依存するものの１０００〜５０００ｒｐｍは、十分達成可能で、回転角９０°（白黒変換に相当）に換算すると、３〜１５ｍｓで照明光量は変更できる。映像信号が白から黒に急激に変化する場合はほとんどなく、光量変化が１０％とした場合、必要な回転角は２６°でその場合の照明光量変更速度は１〜５ｍｓと液晶の応答速度１０〜２０ｍｓより速い。回転精度に関しては、モータに取りつけられたエンコーダにより回転角を制御でき、±０．１°以下の精度が十分得られた。
【００８０】
モータとしては、超音波モータ以外にステッピングモータでも同等の速度と精度が実現可能である。
上記例は、後述する所望の照明光量を映像信号から算出し、その決められた照明光量を実現するための偏光板の回転角を計算し、その回転角になるように、モータを動かす方式である。
【００８１】
次に、照明光量自身をモニタし、サーボをかけ、所望の光量に制御する方式について、図１１を用いて説明する。図１１の光学系は、図１０のものに対し、ミラー７をハーフミラー１１０１に置き換え、ハーフミラー１１０１を透過した光を集光する集光レンズ１１０２と、その光量を検出する光量検出器１１０３を付加したものである。ハーフミラー１１０１は反射成分が９９％、透過成分が１％とほぼ反射する構成で良い。したがって、パネルへの照明光量は、このハーフミラーでわずかに低下するが問題になるレベルではない。ハーフミラー１１０１からの透過光束は、集光レンズ１１０２を経て光量検出器１１０３に入る。
【００８２】
図１１の光学系におけるパネルへの照明光量の制御方法を図１２のフローチャートで示す。映像信号から算出された照明光量と現状の照明光量から次の照明光量をどのレベルに設定するかを決める。現状の照明光量をも勘案するのは、シーンの変化等により、輝度レベルが白から黒へ急速に変化した場合でも、それに急速に追従せず、数〜数１０フィールドでゆるやかに変化させた方が、液晶パネル等の駆動等も容易であり、かつ、人間の目には異和感がなく見えるので、そのような場合に適応するためである。
【００８３】
上記照明光量のレベルが決まった後、その照明レベルになるように、モータを回転し、制御後の実際の光量を光量検出器１１０３で測定する。集光レンズ１１０２によりしぼられた光ゆえ、検出器自身は小型のｐｉｎ型のもので足り、高速アンプと組み合わすことにより数１０μｓで光量検出ができる。この光量が所望のレベルになるように、モータを制御すれば、仮に、ランプ自身の光量変化が生じた時も、一定光量の照明が実現し、安定した画面が実現する。特にアーク長が１〜１．３ｍｍと短く、プロジェクタエンジンの小型化に有効な超高圧水銀ランプやメタルハライドランプを用いる場合、ランプ２の発光領域の移動にともない、インテグレータ３に入射する光量が変化し、パネルへの実質照明光量が変動して表示性能を落とすことがあり、その解決が求められていたが、その有効な対策にもなり、表示性能を高める利点がある。
【００８４】
また、実際の検出した光量に対応した信号が計算され、液晶パネル等に書き込まれるために、照明光量を映像が白から黒へ変化する時はゆっくり、黒から白へ変化する時は速く切り替わるような駆動も可能になる。これにより、黒から白へ変化した時の白のピーク輝度の確保ができ、表示性能が向上するばかりでなく、モータの負荷も減り、消費電力のセーブも可能となり、また、モータの寿命も長くなる利点を有する。
【００８５】
ここでは、偏光板の回転に超音波モータを用いており、高速でバックラッシュのない、静音性に優れた照明光量制御を行なっている。しかし、超音波モータ以外の他のモータでも利用可能であることは言うまでもない。
【００８６】
前述の構成では、偏光板の回転により、照明光量の制御を行なったが、この偏光板の代わりに位相板を用いると光量ロスがほとんどなく、さらに高輝度プロジェクタとして適している。位相板としてλ／２板を用いると、ＰＳ変換素子４から出射される直線偏光光束に対して、λ／２板の回転角θとともに、λ／２板通過後の直線偏光光束の位相は２θ回転する。したがって、偏光板に対しλ／２板の回転角は半分でよく、より高速な光量変調が可能となる。回転した偏光光束の光量は、位相板でのロスは２〜３％しかなく、高輝度化にも優れている。液晶パネル手前の偏光板により、その傾影成分のみが液晶パネルに照明されるために、照明光量が変調可能である。
【００８７】
図１０および１１の光学系において、照明光量変調用光学素子（照明光量変調器）５を透過した光束はリレーレンズ６および２４を介して、各色の液晶パネルへ照明される。ダイクロミラー８は青色を透過し、それ以外を反射する。ダイクロミラー１０は赤色を透過し、緑色を反射する。この場合、１６は青色用液晶パネル、１７は緑色用液晶パネル、１８は赤色用液晶パネルで、例えばＴＦＴを用いて駆動するＴＮ液晶パネルである。さらに、各画素にマイクロレンズを設けたものは、開口部での光のケラレが減少し、高輝度化が図れた。
【００８８】
照明光量変調にともない、上記液晶パネルの駆動も新しい方式を用いる。この駆動方式に対しては、後述する。各色の液晶パネルで変調を受けた各色の光束はクロスプリズム２２で合成され、投射レンズ２３を介して写し出される。
【００８９】
［実施例６］
図１３は本発明の第６実施例を示す概略図である。図１３において、メタルハライドランプやキセノンランプなどの光源１３０１から発せられた光は放物面リフレクタ１３０２により略平行光とされ、ミラー１３０３で反射後、集光レンズ１３０４を介してインテグレータ１３０５の前側端面（第１の端面）１３０５−１位置に光源像を形成する。この光源像の近くに、１３１０で示す絞りが設けられている。絞り１３１０を絞るとインテグレータ１３０５への入射光量を減少させることができる。インテグレータ１３０５に入射した光束は、一部はインテグレータを透過し、残りの一部は内部の反射面で１回から数回反射して後側端面（第２の端面）１３０５−２から出射する。
【００９０】
放物面リフレクタ１３０２と集光レンズ１３０４には、放物面リフレクタ１３０２の焦点距離をＦ３、集光レンズ１３０４の焦点距離をＦ４とする時、４≦Ｆ４／Ｆ３≦１０（但し、Ｆ３は前記放物面リフレクタの底面から前記焦点までの距離）を満たすものを用いるのが良い。なぜならば、インテグレータ１３０５の前側端面位置１３０５−１に小さな光源像を形成することが出来るからである。
インテグレータ１３０５からの光束は凸レンズ１３０６に入射し、ＲＧＢもしくはＲＧＢＷ光のみ透過するダイクロフィルタ１３１１を透過し、反射鏡１３０７の近傍に光源１３０１の像を形成する。上記ダイクロフィルタは透過型の例を示したが、反射型を用いても有効であることは言うまでもない。反射鏡１３０７は投影レンズ１３１４の開口絞り１３１３の位置に配置されている。
【００９１】
図１３において、インテグレータ１３０５からの光束は、反射鏡１３０７で反射されて平凸レンズ１３０８に入射し、平凸レンズ１３０８により略平行光とされて、光変調器であるＤＭＤパネル１３０９を照明する。ＤＭＤパネル１３０９は、映像信号に応じて画素毎に入射光を散乱したり散乱しなかったりといった光変調を行なうことにより画像情報を形成する。前述した第５実施例の液晶表示パネルも同様の構成、機能を有するが、必要に応じて、別のタイプの液晶表示パネルを使用することも可能である。
【００９２】
本実施例の光学系で重要なことは、インテグレータ１３０５の後側端面１３０５−２が凸レンズ１３０６と平凸レンズ１３０８とにより、ＤＭＤパネル１３０９上に結像されることである。インテグレータ１３０５の後側端面１３０５−２においては、インテグレータ１３０５内部を反射せずに透過した光束と１回から数回反射された光束が重なり合うために、光源の色ムラや輝度ムラが無くなってほぼ一様な光強度分布になっている。したがって、この後側端面１３０５−２を凸レンズ１３０６と平凸レンズ１３０８とによりＤＭＤパネル１３０９の表示面と共役関係とすれば、ＤＭＤパネルの表示面で色ムラや輝度ムラが軽減され、その結果スクリーン１３１５上に表示される画像の色ムラや輝度ムラが軽減される。また、インテグレータ１３０５の後側端面１３０５−２の形状をＤＭＤパネル１３０９の表示面とほぼ相似な矩形としてインテグレータ１３０５の後側端面１３０５−２を適当な倍率でＤＭＤパネル１３０９上に結像することにより、パネルを効率良く照明している。
【００９３】
なお、図１３では、レンズ１３０４とレンズ１３０６とレンズ１３０８がそれぞれ一枚のレンズであるが、これらのレンズ系をそれぞれ複数枚のレンズにより構成しても構わない。前述した実施例の各レンズも同様である。したがって、本明細書で「凸レンズ」と述べているのは正の屈折力を有するレンズ系のことである。
【００９４】
ＤＭＤパネル１３０９で、画像信号に応じて変調された各色の反射光は、平凸レンズ１３０８により集光され、少なくとも一部の光束が開口絞り１３１３の開口部を通過し、投影レンズ１３１４を介してスクリーン１３１５上に投影される。この時絞り１３１３の開口部には、ＤＭＤパネル１３０９で正反射した光により光源１３０１の像と相似形な光源像が形成される。これは、光源１３０１とインテグレータ１３０５の前側端面１３０５−１と反射鏡１３０７と開口絞り１３１３が互いに共役な位置にあるからである。投影レンズ１３１４と集光レンズ１３０８より成る光学系はＤＭＤパネル側がテレセントリックな系である。
【００９５】
本実施例は、図１３に示すダイクロフィルタ１３１１の回転により、時分割でＲＧＢを表示する方式であり、一回転に同期して光量調整用の絞り１３１０を変調すれば、第５実施例と同様の輝度変調を行なうことができる。また、ＲＧＢ時分割の各色のレベルに同期して、絞り１３１０を調整し、照明光量を変調することもできる。
【００９６】
本構成もほとんどコストをかけずに、照明光量変調し、高ダイナミックレンジのＤＭＤをさらに高ダイナミックレンジ高画質化できる利点を有する。
【００９７】
上記実施例では、ＤＭＤパネルを例に説明したが、これは液晶パネルでも有効であることは言うまでもない。
【００９８】
［実施例７］
図１４は、本発明の第７の実施例に係る電気系のブロック図を示す。図１４において、１４００はＤＭＤ、１４０１はＤＭＤドライバユニットである。ドライバユニット１４０１内部には、時分割等の信号変換処理部１４０２、メモリ１４０３、制御ユニット１４０４およびリセットドライバ１４０５を備えている。
【００９９】
信号処理に連動して、カラーフィルタシステム１４０６（図１３の１３１１に対応）があり、回転の同期やサーボコントロール１４０７およびカラーフィルタ１４０８自身から構成されている。
【０１００】
絞り１４０９、電源ユニット１４１０、およびＤＭＤドライバユニット１４０１はマイコン１４６２に接続されており、全体的に制御されている。
【０１０１】
電源ユニット１４１０は、バラスト１４１１、電源１４１２、ランプ１４１３、ランプ用ファン１４１４、電源・電装基板冷却用ファン１４１５からなる。また、リモコンやボタンからなるユーザインターフェイスユニット１４１６は、リモコン１４１７、リモコンから発光するＬＥＤ１４１８、ボタンやキー１４１９、およびスイッチ１４２０から構成されている。
【０１０２】
音響系１４２１は、ＬＶＤＳやＴＭＤＳといったデジタル信号Ｉ／Ｆの出力信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａユニット１４２２、音量（ＶＯＬ）調整回路１４２３、アンプ１４２４およびスピーカ１４２５からなる。
【０１０３】
モニタ機能１４６１としては、Ｓ端子１４２６、コンポーネントビデオ端子１４２７、コンポジットビデオ端子１４２８、デジタル放送の端子（Ｄ３）１４２９等が設けられている。
【０１０４】
一方、ＰＣからのアナログ信号は、Ｄｓｕｂ１５ピン１４３０から入力され、位相調整１４３１およびＰＬＬ１４３２ならびにプリアンプ１４３３を介してＡ／Ｄコンバータ１４３４でディジタル信号に変換され、マルチプレクサ１４３５を介して、スキャンコンバータ１４３６に入る。
【０１０５】
また、ＤＴＶ用信号は、チューナ部１４３７、ＭＰＥＧデコーダ１４３８を介して、スキャンコンバータ１４３６へ入る。通常のＮＴＳＣは、Ａ／Ｄコンバータ１４５１でＡ／Ｄ変換後、スキャンコンバータ１４３６を介し入力される。また、ＤＴＶ用信号およびＮＴＳＣ信号から分離されたオーディオ信号はマルチプレクサ１４５２を介してＬＶＤＳインターフェースの送信部１４５５へ入る。スキャンコンバータ１４３６からのビデオ信号およびマルチプレクサ１４５２からのオーディオ信号はＬＶＤＳインターフェースの送信部１４５５および受信部１４５３を介して、フロントエンド１４５４および音響系１４２１に入る。フロントエンド１４５４の出力信号はＤＭＤドライバユニット１４０１に入る。
【０１０６】
本構成により、オフィス用のフロントプロジェクタ、リアプロジェクタをして高画質が得られるだけでなく、コンシューマ用の大画面のリア、フロントのＴＶやホームシアター、ミニシアター等へも適用できる。
【０１０７】
図１４において、ＤＴＶチューナ部１４６３は、チューナ１４６４、ＳＡＷフィルタ１４３９、Ａ／Ｄコンバータ１４４０、ＶＳＢ復調器１４４１およびデミクサ１４４２を備えている。ＭＰＥＧデコーダ１４３８は、ビデオデコーダ１４４３およびオーディオデコーダ１４４４を備えている。ＮＴＳＣチューナ１４４５は、チューナ１４４６、ＳＡＷフィルタ１４４７、ＮＴＳＣ復調器１４４８、オーディオデコーダ１４４９およびＡ／Ｄコンバータ１４５０を備えている。
【０１０８】
以上のように、本発明の実施例によれば、光変調器に照射される光量を調整する照明光量制御手段を設けたため、暗い画面は低光量で、明るい画面は高光量で照明することができ、結果として光変調器を一定光量で照明した場合よりも高いコントラストを実現することができる。
【０１０９】
本発明の実施例によれば、光源と光変調器との間に照明光量変調手段を設けたため、暗い画面は低光量で、明るい画面は高光量で照明することができ、結果として光変調器を一定光量で照明した場合よりも高いコントラストを実現することができる。
【０１１０】
本発明の実施例によれば、光変調器に照射される光を発生する光源を直接制御する照明光量変調手段を設けたため、暗い画面は低光量で、明るい画面は高光量で照明することができ、結果として光変調器を一定光量で照明した場合よりも高いコントラストを実現することができる。
【０１１１】
本発明の実施例によれば、光量と信号増幅率を略反比例の関係で制御することにより、中間調における表示輝度を一定に保ちながら、高コントラストを実現することができる。
【０１１２】
【発明の効果】
以上具体的な実施例に示されてもいるように、本発明によれば高画質な画像表示が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る電気系ブロック図である。
【図２】本発明による表示例の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る処理フローブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るフローチャートである。
【図５】第２の実施例のブロック図である。
【図６】第３の実施例のブロック図である。
【図７】第３の実施例の処理方法のフローチャートである。
【図８】第４の実施例のブロック図である。
【図９】第４の実施例の照明変調係数演算部の処理フロー説明図である。
【図１０】本発明の第５の実施例に係る液晶プロジェクタの光学系の構成を示す図である。
【図１１】図１０の光変調器部分の変形を示す図である。
【図１２】図１１の光変調器の動作を示すフロー図である。
【図１３】本発明の第６の実施例に係るＤＭＤプロジェクタの光学系の構成図である。
【図１４】本発明の第７の実施例に係るＤＭＤプロジェクタの電気系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
６９：信号処理、６８：スイッチ、６７：Ａ／Ｄ変換器、５６：メモリ、５７：ＤＳＰ、５８：ＴＧ、５５：Ｄ／Ａ変換器、５４：パネルドライバ、１６，１７，１８：液晶パネル、５９：リモコン、６０：制御パネル、６３：マイコン、６１：ＵＳＭドライバ、６２：ＵＳＭ、６４：バラスト、６６：電源、７０：音声回路、７３：スピーカ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a display device and a signal processing device for the display device, and is suitable for application to a large screen / high definition display device such as a liquid crystal display and a projector.
[0002]
[Prior art]
With the advent of the multimedia era, display devices are used in all situations, but projection-type display devices are more efficient than other systems, especially for projection-type display devices. Rear projectors are widely used as theaters.
[0003]
In recent years, instead of CRT projection, liquid crystal panel methods and DMD (digital mirror device, for example, see Japanese Patent Laid-Open No. 10-78550) type projectors that modulate the amount of light by changing the angle of the mirror have increased brightness and definition. It is spreading because it is suitable for.
[0004]
However, these projection-type display devices do not reach the image quality of commonly used CRT direct-view tubes, and in the case of high-quality display (display in which a texture is required), the user can reduce the screen size. In many cases, a CRT direct view tube is used. The high image quality (texture) here means a high dynamic range (high contrast and high gradation display possible).
[0005]
Since the CRT can modulate the luminance with the electron beam intensity or the like, the dynamic range can be realized up to about 1000: 1 when displaying white only in a specific area (partial area). Therefore, white has the potential to be whiter and black can be made blacker, realizing excellent image quality. However, in the case of the CRT method, the size is at most about 40 inches due to the limit of the tube or the like, and a size larger than that is technically difficult.
[0006]
On the other hand, in the projection display device, the CRT method has tradeoffs in engine size, brightness, and high definition, and as described above, the liquid crystal method and the DMD method suitable for high luminance and high definition. Has become mainstream in recent years. In these cases, the liquid crystal or DMD functions as an optical modulator that modulates light, and the liquid crystal device or DMD is illuminated from the lamp and enlarged and projected by the projection optical system. Therefore, the dynamic range is mainly determined by the dynamic range of the liquid crystal device or DMD.
[0007]
The practical dynamic range of the device is about 300 to 400: 1 for liquid crystal and about 500 to 600: 1 for DMD. Therefore, the above-mentioned CRT method has a problem that it cannot easily win at one point of high image quality (high dynamic range).
Similarly, in the case of a direct-view LCD, the dynamic range is lower than that of a CRT.
Note that as the background of the present invention, Japanese Patent Registration 2643712, JP-A-6-102484, JP-A-11-65528, and JP-A-6-167717 are cited.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved by the present invention is to realize high image quality in a projection display device or a direct view display device in which a light modulation element is irradiated with light and a display screen is formed by the transmitted light or reflected light.
More specifically, an object of the present invention is to provide a system that achieves a high image quality such as a high dynamic range in a large-screen, high-definition feature of a projection display device.
Furthermore, the above-described method achieves the above-mentioned object by combining with the current device level such as a liquid crystal device and DMD, and is a low-cost and practical method.
Another object of the present invention is to provide a method for achieving a high image quality such as a high dynamic range in a high resolution feature even in a direct-view type liquid crystal display device having a backlight.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  The display device of the present invention for solving the above problems is a display device that irradiates light generated from a light source to a light modulation element and displays an image with light transmitted or reflected from the light modulation element.
  For input display signalOn the basis ofInput image calculation means for performing a predetermined calculation;
  A sensor for detecting the amount of light applied to the light modulation element;
  An adjustment circuit for adjusting a display signal based on a result of the calculation and a detection result by the sensor;
  Result of the operationAnd the amount of light applied to the light modulation element based on the detection result of the sensor.Step by stepWith light intensity control means to increase or decreaseShi,
  When the light amount control means decreases the light amount from the first step which is a predetermined step to the second step increased by one step, and when reducing the light amount from the second step to a lower light amount step The threshold of is differentIt is characterized by that.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A display device according to a preferred embodiment of the present invention includes a light amount adjusting unit that illuminates an optical modulator (liquid crystal device, DMD), a signal processing circuit to the optical modulator based on the illumination light amount, and a signal writing unit thereof. Is provided.
A projection display device according to a preferred embodiment of the present invention includes: a light amount adjusting unit (illumination light amount modulating unit) that illuminates the light modulator between a light source and a light modulator (liquid crystal device, DMD); A signal processing circuit to the optical modulator based on the amount of illumination light and its signal writing means are provided.
The signal processing circuit may include amplification means for amplifying an input video signal with an amplification factor that is inversely proportional to the light amount or the light amount control signal.
[0018]
[Action]
According to the present invention, since the illumination light amount modulation means for adjusting the light amount irradiated to the light modulator is provided, a dark screen can be illuminated with a low light amount, and a bright screen can be illuminated with a high light amount. A higher dynamic range than when illuminated with a constant amount of light can be realized.
In addition, the signal processing circuit, which is an adjustment circuit for adjusting the display signal, and the signal writing means control the light amount and the signal amplification factor in a substantially inversely proportional relationship, so that the display luminance in the halftone is kept constant and the high dynamic range is maintained. Can be realized.
[0019]
The illumination light quantity modulating means may be one that directly controls a light source that generates light irradiated to the light modulator, or one that is provided between the light source and the light modulator to modulate the transmittance of the illumination light quantity. . The former is a means for controlling the voltage or current supplied to the light source, and the latter is a combination of a means for converting the light beam from the light source into a polarized light beam and a polarizing plate or phase plate arranged rotatably. It can be illustrated.
[0020]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Example 1]
FIG. 1 is a block diagram of a signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, 18, 17, and 16 are liquid crystal panels corresponding to R, G, and B color displays, 54 is a driver circuit that supplies signals and power to each liquid crystal panel, 55 is a D / A converter, and 56 is a memory. It is. The memory 56 holds current display data, data to be displayed in the next frame, and the like. Reference numeral 57 denotes a DSP unit that performs only gamma adjustment, conversion of interlaced signals to non-interlaced signals, resolution conversion when the number of pixels of the liquid crystal panel being used does not correspond to the number of pixels of the input signal, and color adjustment. Instead, an operation for calculating the signal level of each color is performed to control the illumination light quantity. 58 is a timing generation circuit, and 59 is a remote controller for turning on / off the power and performing various settings. Reference numeral 60 is a control panel for receiving signals from the remote controller and switching various input signals, 61 is an ultrasonic motor driver for modulating (controlling) the amount of illumination light, and 62 is an ultrasonic motor. Reference numeral 63 denotes a microcomputer, to which blocks such as a memory 56, a DSP unit 57, a timing generation circuit 58, a control panel 60, a USM driver 61, a power supply 66, a lamp ballast 64, and the like are connected via a bus. It is carried out. A lamp 65 is connected to the ballast 64. 67 is an A / D converter, and 68 is a switch. A signal processing circuit 69 performs signal processing such as NTSC signal decoding, noise reduction processing, band limiting filtering, and signal level adjustment. Reference numeral 71 is a PC (personal computer) input terminal, 72 is an NTSC input terminal, and in this block diagram, only analog input signals are described. However, the present invention is not limited to this, and input terminals such as LVDS and TMDS, and D3 terminal for digital TV Needless to say, it is effective to provide such as. 75 is an audio input terminal, 76 is an audio selector switch, 70 is an audio processing circuit, 73 is a speaker, and 74 is an AC inlet.
[0021]
With reference to the electric block diagram of FIG. 1, the basic operation of driving of the illumination light amount modulation method of this embodiment (the operation of the signal writing method to the liquid crystal panel according to the maximum luminance level determined by the video signal) will be described.
Signals input from the input terminals 71 and 72 are converted into digital signals via the A / D converter 67 and temporarily stored in the memory 56. At that time, the maximum luminance level in the frame is calculated, and the current or voltage supplied to the light source via the rotation angle of the polarizing plate or the phase plate or the ballast 64 that obtains the illumination light quantity corresponding to the maximum luminance level is calculated. At the same time, when the panel is irradiated with that amount of illumination light, a signal for realizing a desired luminance is calculated and written in each pixel. Reading of the signal from the memory 56 is performed in synchronization with the light amount control corresponding to the stored signal. A method for calculating the maximum luminance level will be described later.
[0022]
The relationship between the light amount modulation and the signal gain in each display image will be described with reference to FIG.
FIG. 2A is an image at time tl and shows a scene in which the sun begins to sink in the mountains and the shade and the sky begin to darken. The numerical value in the figure indicates the luminance level of the image. (B) in FIG. 2 is an image after a lapse of time from (a), and the sun is further darkened. The peak at that time is at an 80% level compared to the previous (a). Further, (c) shows a case where time has passed, it is night, the moon appears in the sky, and the maximum luminance level is 30%.
[0023]
Here, for each image data, the liquid crystal panel is illuminated with 100% level light for (a), 80% level for (b), and 30% level for (c). Illuminate the light. The display images in each case are (a ′), (b ′), and (c ′). Here, the decrease in illumination light is compensated by amplifying the signal. Since (a ') does not cause a decrease in the amount of light, the amplification factor is 1, (b') the amplification factor is 1.25 times, and (c ') is the amplification factor 3.3 times. The results are (a ″), (b ″), and (c ″), and the display luminance is maintained.
[0024]
As described above, by combining the light amount modulation and the signal amplification, it is possible to improve the dynamic range by suppressing the black float while maintaining the display luminance.
[0025]
If the dynamic range of the liquid crystal panel is 200: 1 level, the black level cannot be displayed below the luminance level of 0.5 when irradiated with 100% light, but according to this embodiment, the entire screen is dark. As the display area becomes larger, the black level displayable area is enlarged, so that a tighter black display can be realized. If the entire screen is bright or affected by reflected light from outside light, the perception level of small differences in black level may be reduced by human eyes, and black reproducibility is not so noticeable. . However, the darker the scene, the more important is the reproducibility, but this matches the above technique, and in the case of the above example, the dynamic range is substantially improved to about 660: 1.
[0026]
In the case of a source with many dark video scenes such as a movie, this effect is enormous, and an image with good reproducibility of black and an improved dynamic range can be obtained.
[0027]
In the present embodiment, the method of improving the dynamic range while maintaining the display brightness by compensating for the decrease in the amount of illumination light with the amplification of the signal gain has been described. However, in order to effectively use the dynamic range of the LCD, the signal gain It is also effective to make the value larger than the decrease in the amount of illumination light.
[0028]
Next, how to calculate the maximum luminance from the more specific image signal, further calculate the desired illumination light level from the calculated maximum luminance data, and from the illumination light level, the video signal How to determine the amplification factor will be described in detail.
[0029]
The maximum luminance is calculated by sequentially comparing the input image data in one frame or one field. In this case, if the comparison is performed for each pixel, an erroneous maximum luminance may be calculated due to the influence of noise or the like. Therefore, a value obtained by averaging (or weighted average) several pixels adjacent to the pixel of interest is calculated. It is also effective to compare the pixel values and calculate the maximum luminance.
[0030]
FIG. 3 is a block diagram for explaining processing in the DSP, and FIG. 4 is a flowchart.
The luminance distribution calculation unit 302 calculates the maximum luminance as described above based on the input signal 301 input from the input terminal 301 (S402), and the illumination light amount calculation unit 303 determines the illumination light amount based on the result. (S403). Then, the light amount control amount calculation unit 304 determines the light amount control amount (S404). Next, the amplification factor is determined by the amplification factor calculation unit 305 so that the projected display luminance is maintained (S405), and the input signal 301 is amplified and output by the video signal amplification unit 306 which is a writing signal conversion unit. The signal 307 is output.
[0031]
Note that the circuit for writing signal conversion may use a multiplier or a conversion table (LUT: Look Up Table) in which conversion characteristics can be set in more detail. Further, a dynamic range adjustment circuit that already exists in the video signal processing circuit (for example, the signal processing circuit 69 in FIG. 1 or the video signal processing unit 508 in FIG. 5) may be used.
[0032]
[Example 2]
FIG. 5 is a block diagram of the light amount control calculation and signal gain setting unit according to the second embodiment of the present invention.
In the first embodiment, a configuration using a liquid crystal panel as a light modulation element is shown, but in this embodiment, a minute mirror known as DMD is integrated as a light modulation element, and the reflection direction of irradiation light by each mirror is controlled. A light modulation element for displaying an image is used. The description overlapping with the first embodiment is omitted.
[0033]
In FIG. 5, the video signal input from the signal input terminal 501 is amplified by the amplification factor calculated by the amplification factor calculation unit 507 by the analog amplification unit 502 constituting the adjustment circuit. Next, after being converted into a digital signal by the A / D converter 503, the maximum luminance is determined by the luminance detection unit 504 constituting the input image calculation means.
In this embodiment, the maximum brightness is determined after amplification, and therefore the maximum brightness is determined in consideration of the amplification state. The illumination light amount calculation unit 505 calculates the illumination light amount according to the maximum luminance, and the next light amount control amount calculation unit 506 determines the light amount control amount. The light amount calculation unit 505 and the light amount control amount calculation unit 506 constitute a light amount control unit. The amplification factor calculation unit 507 obtains the amplification factor, and the amplification factor of the analog amplifier is determined based on the result. The signal processing unit 508 performs various signal processes other than the illumination light amount control. The signal output from the signal processing unit 508 is written into the DMD panel 510 via the DMD driver circuit 509.
[0034]
FIG. 5 shows an example in which the signal gain setting unit in the first embodiment is realized by an analog circuit. The gain of the amplifier can be made variable, or the reference voltage of the A / D converter can be set variably.
Further, by devising how to apply the reference voltage, non-linear amplification is also possible, and as a result, the gradation reproducibility can be improved.
[0035]
As in the present embodiment, the amplification of the video signal based on the light amount control is performed at the stage of the analog signal before being converted by the A / D converter. Therefore, even in an image with an improved dynamic range, it is possible to obtain a good image quality with little deterioration in gradation.
By applying the present invention to the DMD, in addition to improving the dynamic range, the signal level is extended to improve the granular image quality degradation due to binarization processing such as error diffusion on the low-luminance side peculiar to the DMD. It becomes possible to do.
In this embodiment, the case of a DMD panel has been described, but the same can be done for a liquid crystal panel.
[0036]
[Example 3]
FIG. 6 is a block diagram of a light amount control unit and a signal gain setting unit according to the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the light amount control is performed by feeding back the light amount irradiated to the light modulation element to the calculation unit.
In FIG. 6, the luminance distribution is calculated by the luminance detection unit 602 based on the video signal input from the input terminal 601, and the illumination light amount is calculated by the illumination light amount calculation unit 603. Next, the light amount control amount calculation unit 604 calculates the light amount control amount, and the illumination control device 608 drives the illumination 609.
[0037]
The illumination light quantity detection sensor 610 detects the luminance of the illumination light from the illumination 609 and supplies it to the light quantity control amount calculation unit 604 and the gain calculation unit 605. The gain calculation unit 605 determines a writing gain to the panel according to the set illumination light amount or the detected illumination light amount. The gain unit 606 receives the input signal 601 and changes input / output characteristics according to the coefficient determined by the gain calculation unit 605. The signal processing unit 607 performs various types of signal processing and transmits a video signal to a panel driving circuit (for example, the panel driver 54 in FIG. 1).
[0038]
Next, the processing / control method will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the desired illumination light quantity (S701) determined from the video signal is compared with the current illumination light quantity (S702) obtained from the illumination light quantity detection sensor. Here, the illumination light quantity change direction is determined depending on whether or not the desired illumination light quantity is larger than the current illumination light quantity (S703). Next, the amount of change per control cycle is calculated by the time constant calculation means. Next, the illumination light amount change amount corresponding to each change direction is calculated (S705), and control according to the change amount is performed on the motor (S706). Next, the light quantity detector again detects the illumination light quantity after control (S707), and the process returns to S701.
In S708, a signal level suitable for the current illumination light amount is calculated from the controlled illumination light amount, an amplification factor for the signal is determined, and converted into a signal to be written to the optical modulator (S709). Here, S703 may be performed based on the illumination light amount determined in S706, as indicated by a broken line.
[0039]
The sensor for detecting the illumination light is set in the optical path or at a position where leakage light can be detected in order to detect light proportional to the light incident on the optical modulator, as shown in the examples described later. The
[0040]
Here, when the feedback system as in this example is not used, this control flow can be used if the current illumination light amount used in S702 is set to the value previously set in S707.
Here, the time constant is determined from the operation speed of the motor, the time from the application of the control signal to the motor until the end of the operation corresponding to the control signal.
[0041]
According to the present embodiment, by performing feedback control using a sensor that detects the amount of illumination light, the illumination setting and the signal amplification factor can be set with high accuracy, so that the brightness of the display image is stabilized. And can be controlled.
[0042]
In addition, when a motor with a low operating speed is used, or when speed control is performed using a time constant or the like for motor control, the effect is particularly obtained.
[0043]
[Example 4]
FIG. 8 is a block diagram of a display device including a signal processing device according to the present invention.
This figure includes a portion corresponding to the DSP 57 in FIG. 1 and a portion particularly related to the control in this embodiment. In this embodiment, the display signal and the light amount control timing are synchronized by the video signal delay unit 110 provided separately from the memory 56 of FIG. In this embodiment, a case will be described in which the amount of illumination light applied to a display device such as an LCD is uniformly modulated on the display device.
[0044]
In FIG. 8, 101 is a video input terminal, 102 is a gain (dynamic range) control unit, 103 is a signal processing unit, 104 is a gamma conversion unit, 105 is a D / A converter, 106 is a display device such as an LCD, Reference numeral 107 denotes an illumination modulation coefficient calculator, 108 denotes an illumination modulation device driver, and 109 denotes an illumination modulation device.
Reference numeral 110 denotes a video signal delay unit, and 111 denotes a control signal delay unit.
[0045]
The video signal input from the video input terminal 101 is input to the illumination modulation coefficient calculation unit 107, where the light amount control amount output to the illumination modulation device driver 108 and the gain control unit or gamma unit is output. A gain control amount is calculated.
[0046]
The operation steps in the illumination modulation coefficient calculation unit 107 in FIG. 8 will be described with reference to FIG. The video signal input from the video input terminal 101 of FIG. 8 is input to the illumination modulation coefficient calculation unit 107, and the luminance distribution is calculated by the luminance distribution calculation unit 107-1. Here, as the luminance distribution, the maximum value, minimum value, average value, histogram, etc. of the video signal data of one screen or a plurality of images are calculated.
[0047]
Next, the illumination light quantity calculation unit 107-2 calculates a target light quantity value from the luminance distribution calculation result. Details of the calculation method will be described later. In “Processing flow 1” and “Processing flow 2” described later, a flow using the maximum value of luminance will be described, and in “Processing flow 3”, a method using a luminance histogram will be described.
[0048]
Next, the light amount control amount calculation unit 107-3 calculates a light amount control amount from the target light amount value. Here, if the target light amount value is larger than the current light amount value, the time constant calculation unit described later determines the light amount control signal so that the light amount is increased by a predetermined value. If the target light amount value is smaller than the light amount value, the light amount control amount is determined so that the light amount is reduced by a predetermined value.
[0049]
Next, the signal gain calculation unit 107-4 determines the gain and offset of the video signal in accordance with the light amount determined by the light amount control signal. Here, control is performed so that the illumination light quantity × signal gain is always constant, and the brightness of the displayed image is maintained.
[0050]
The amount of change in light quantity is set by the time constant setting unit 107-5 described above. Here, the change rate of the light amount may be constant, or may be changed depending on the difference between the target value and the current value.
However, in the falling direction (the direction in which the illumination light becomes dark), if the video signal is amplified due to the decrease in the amount of light, the displayed brightness can be reproduced regardless of the control speed, but the rising direction (the illumination) In the direction of brightening the light), if the speed of brightening the illumination light is slow, the display luminance cannot be reproduced even if the video signal is changed. Therefore, in this embodiment, the rising time constant is made faster than the falling time constant. Thereby, a steep white display can be reproduced. There are various methods for setting the change rate of the light amount. Here, the change rate is set according to the change amount per control cycle.
[0051]
The rising / falling direction is detected by the luminance change direction detecting means. By setting the change rate to be small, it is possible to suppress a phenomenon that looks like flicker, which occurs when a sudden change in illumination luminance is performed. In addition, according to the present Example, it turned out that it does not look unnatural even if the control speed of illumination is not so fast especially in the direction which reduces light quantity.
[0052]
Further, in this embodiment, in order to cope with the problem that it looks like flicker if the light / dark direction of the illumination is not stabilized to some extent, the threshold value for calculating the illumination light amount from the luminance information is provided with hysteresis, Stable control is performed by changing the threshold value in the rising direction and the threshold value in the falling direction (increasing the rising direction).
[0053]
Also, there is a time lag between when the detected video frame is displayed and when the light quantity actually changes. In order to improve this, also in the present embodiment, the change in the amount of light and the display image are synchronized.
[0054]
Therefore, in the video signal delay unit 110, the video signal is temporarily stored and then output so that the image used for the calculation can be displayed in synchronization with the timing at which the light quantity changes.
The video signal delay unit 110 can be realized using a frame memory or the like.
[0055]
Further, instead of delaying the video signal, the control signal delay unit 111 may delay the control signal. In this case, there is a delay between the calculated video and the video that is actually controlled, but it can be realized with a delay element such as several flip-flops without using a frame memory. It is possible to match changes.
[0056]
An example of the processing flow according to this embodiment is shown below.
When the video signal is 8 bits, the input signal has 256 gradations from 0 to 255. Here, 0 is black and 255 is white display.
[0057]
[Processing flow 1]
{Circle around (1)} Maximum values RMAX, GMAX, and BMAX within one frame or one field of each RGB color are calculated.
[0058]
(2) If the maximum value among RMAX, BMAX, and GMAX is the maximum luminance RGBmax, the target illumination light quantity Ltg [%] is
Ltg = RGBmax / 255 * 100
It becomes.
[0059]
Here, the actual set value is 10 levels of the target illumination light quantity as described below, and the threshold value has hysteresis.
* In case of rising (lightening the amount of illumination)
RGBmax Ltg
230-255 → 100%
204-229 → 90%
179-203 → 80%
The same applies to the following
* In the case of falling (to darken the amount of illumination)
RGBmax Ltg
220-255 → 100%
194-219 → 90%
169-193 → 80%
The same applies to the following
[0060]
(3) If the light amount change amount per control cycle at the time of rising (dark → light) is Dup, and the light amount change amount per control cycle at the time of falling (light → clear) is Ddn,
The target irradiation light amount is compared with the previous set light amount. If the target irradiation light amount is larger than the previous set light amount, the set irradiation light amount is increased. At this time, if the difference between the target irradiation light amount and the previous irradiation light amount is larger than Dup, the light amount is not increased to the target irradiation light amount in one control cycle, and the increase in the light amount is limited to Dup.
Further, the target irradiation light amount is compared with the previous set light amount, and when the target irradiation light amount is smaller than the previous set light amount, the set irradiation light amount is decreased. At this time, when the difference between the target irradiation light amount and the previous irradiation light amount is larger than Ddn, the light amount is not reduced to the target irradiation light amount in one control cycle, and the reduction of the light amount is limited to Ddn.
An example program for executing this control process is expressed as follows.
[0061]
[Expression 1]
Figure 0004574057
[0062]
(4) The setting of the pulse motor corresponding to the set illumination light quantity and the setting of the signal gain are performed in synchronization with the vertical synchronizing signal VD.
<5> Repeat the above <1> <2> <3> <4> every ΔT time.
[0063]
Here, ΔT depends on the operating speed of the means for controlling the light quantity, here, the operating speed of the motor that rotates the deflector that changes the light quantity, but in this processing flow, a motor having a sufficient speed is selected. 1 frame interval was used as a control cycle. In addition, when one frame is composed of a plurality of fields, the field interval is desirable.
[0064]
[Processing flow 2]
Further, when the motor operating speed is slower than the frame rate, the light amount control can be effectively realized by using the following flow.
(1) Same as process flow 1 described above.
{Circle around (2)} Same as process flow 1 described above.
(3) Set light quantity Lw (n) = Ltg
(4) Set the pulse motor corresponding to the set light quantity.
[0065]
Here, the setting of the signal gain is repeated linearly up to the target value in synchronization with the vertical synchronizing signal VD in accordance with the change in the amount of illumination light during the period until the pulse motor reaches the set value.
(5) After the pulse motor reaches the set value, the above (1), (2), (3) and (4) are repeated.
As described above, the display luminance can be kept constant even when the motor operating speed is low.
[0066]
[Processing flow 3]
A processing method using a histogram of luminance distribution will be described.
(1) The input signal is divided into n by the threshold values A0 to A (n-1) of the comparator, and the luminance distribution is created by counting the number of signals within each range. The counts divided into n are C0 to Cn, respectively. Here, A (n-1)> A (n-2)>...> A0.
{Circle around (2)} Next, it is judged whether or not the number is larger than a predetermined number in order from the highest luminance range, and the target light quantity value is calculated.
[0067]
Here, the actual set value is 10 levels of the target illumination light quantity as described below, and the threshold value has hysteresis.
* In case of rising (lightening the amount of illumination)
[0068]
[Expression 2]
Figure 0004574057
* In the case of falling (lightening the amount of illumination)
[0069]
[Equation 3]
Figure 0004574057
[0070]
Here, the comparison value and the hysteresis amount ΔH may be changed for each count value to be compared.
(3) Same as process flow 1 or 2 described above
(4) Same as process flow 1 or 2 above
(5) Same as process flow 1 or 2 above
As described above, according to the present embodiment, the target illumination light amount is divided into n, and the threshold value, which is a determination value for determining the illumination light amount, is provided with hysteresis according to the control direction of the illumination light amount. Thus, it is possible to eliminate the phenomenon in which the amount of illumination light frequently changes, to obtain a stable image, and to further improve the image quality.
In addition, the time constant setting unit is controlled (limited) by providing a function to adjust the time axis change amount, specifically, the time to substantially change the amount of light per control cycle. Therefore, a suitable display can be realized.
In addition, it is possible to use a lighting control means having a low operating speed, which is advantageous in terms of cost.
In addition, a phenomenon such as flicker can be suppressed.
[0071]
In this way, display is provided by changing the amount of illumination light in accordance with the level (distribution, characteristics) of the input image signal and converting the gain or voltage-luminance characteristics of the video signal in accordance with the amount of illumination light. The dynamic range can be improved while maintaining the brightness.
[0072]
[Example 5]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an optical system of a liquid crystal projector according to a fifth embodiment of the present invention. 1 is a reflector for a lamp, 2 is an arc tube (lamp), 3 is a fly-eye integrator, 4 is a PS conversion An optical element 5 is an illumination light quantity modulator. The illumination light quantity modulator 5 has a phase plate or a polarizing plate attached to an ultrasonic motor. 6, 24 are relay lenses, 7, 9, 11, and 12 are mirrors, 8, 10 are dichroic mirrors, 13, 14, and 15 are field lenses, 16, 17, and 18 are liquid crystal panels, and 19, 20, and 21 are polarizing plates. , 22 are cross prisms, and 23 is a projection lens.
[0073]
The principle by which the amount of illumination light to the liquid crystal panels 16, 17, 18 is modulated will be described with reference to FIG. A light beam 25 emitted from the lamp 2 is reflected by the reflector 1 to become a parallel light beam 26. In the present embodiment, the shape of the reflector 1 is a parabolic type and is converted into a parallel light beam, but it goes without saying that the reflector shape may be an elliptical shape and converted into a condensed light beam. The luminous flux 26 is incident on the fly-eye integrator 3, and each of the incident-side fly-eye lenses 3 a has a conjugate relationship with the liquid crystal panel. By this integrator 3, the distribution of the light beam emitted from the lamp 2 is made uniform, and the color distribution for each light emitting area of the lamp 2 is made uniform at the same time.
[0074]
The light beam emitted from the integrator 3 is a non-polarized light beam and is converted into a linearly polarized light beam by the PS conversion element 4. As these PS conversion elements, for example, those composed of a polarizing beam splitter and a half-wave plate can be used. In the case of this method, a ratio of P light to S light of 20: 1 or more was sufficiently obtained.
[0075]
When the linearly polarized light beam passes through the optical element 5 configured to continuously rotate the polarizing plate or the phase plate, the amount of illumination light to the liquid crystal panel changes continuously.
[0076]
When a polarizing plate is used for the optical element 5, when the linearly polarized light direction after passing through the PS conversion element 4 and the polarizer direction of the polarizing plate are arranged in parallel, the light amount excluding about 15% of the absorbing surface reflection component on the polarizing plate ( About 85%) is transmitted.
[0077]
When the polarizing plate is rotated with respect to the polarization direction of the linearly polarized light beam, only the projection component in the polarizing direction of the polarizing plate is transmitted, so that the amount of light can be continuously reduced.
When the PS ratio of the linearly polarized light beam incident on the optical element 5 was 20: 1, the amount of illumination light on the panel could be changed to 1/20.
[0078]
As described above, after passing through the PS conversion element 4, the light beam is converted into linearly polarized light (partial linear conversion is also possible), and then the amount of illumination light on the panel is reduced by rotating the polarizing plate through which the linearly polarized light passes. Can be changed. The position of the polarizing plate is basically anywhere as long as it is after PS conversion. However, if the polarizing plate is disposed near the light source, the amount of light is strong and the polarizing plate itself is altered. In addition, when it is difficult to dispose the light source away from the light source, the light and heat resistance can be enhanced by using a sapphire polarizing plate.
[0079]
The polarizing plate is rotated by an ultrasonic motor. The ultrasonic motor (USM) has high speed and good controllability of the rotation angle, and is suitable for the light amount adjustment for this purpose.
Although the rotational speed of the ultrasonic motor depends on the load torque, 1000 to 5000 rpm can be sufficiently achieved. When converted to a rotation angle of 90 ° (corresponding to black and white conversion), the amount of illumination light can be changed in 3 to 15 ms. The video signal hardly changes suddenly from white to black. When the change in light quantity is 10%, the required rotation angle is 26 °, and the illumination light quantity change speed in this case is 1 to 5 ms, and the response speed of the liquid crystal is 10 Faster than ~ 20ms. Regarding rotation accuracy, the rotation angle could be controlled by an encoder attached to the motor, and accuracy of ± 0.1 ° or less was sufficiently obtained.
[0080]
As the motor, a stepping motor other than the ultrasonic motor can achieve the same speed and accuracy.
In the above example, the desired illumination light amount described later is calculated from the video signal, the rotation angle of the polarizing plate for realizing the determined illumination light amount is calculated, and the motor is moved so as to be the rotation angle. is there.
[0081]
Next, a method of monitoring the illumination light amount itself, applying servo, and controlling it to a desired light amount will be described with reference to FIG. The optical system in FIG. 11 is different from that in FIG. 10 in that the mirror 7 is replaced with a half mirror 1101, a condenser lens 1102 for condensing the light transmitted through the half mirror 1101, and a light amount detector 1103 for detecting the amount of light. It is added. The half mirror 1101 may be configured to reflect almost 99% of the reflection component and 1% of the transmission component. Therefore, although the amount of illumination light to the panel is slightly reduced by this half mirror, it is not a problem level. The transmitted light beam from the half mirror 1101 enters the light amount detector 1103 through the condenser lens 1102.
[0082]
The control method of the illumination light quantity to the panel in the optical system of FIG. 11 is shown with the flowchart of FIG. The level of the next illumination light quantity to be set is determined from the illumination light quantity calculated from the video signal and the current illumination light quantity. The current amount of illumination is also taken into account when the brightness level changes rapidly from white to black due to changes in the scene, etc., but it does not follow rapidly but changes slowly in several to several tens of fields However, it is easy to drive the liquid crystal panel and the like, and the human eye looks uncomfortable, so it is suitable for such a case.
[0083]
After the level of the illumination light amount is determined, the motor is rotated so that the illumination level is reached, and the actual light amount after control is measured by the light amount detector 1103. Because the light is squeezed by the condensing lens 1102, a small pin type detector is sufficient, and the amount of light can be detected in several tens of μs by combining with a high-speed amplifier. If the motor is controlled so that the amount of light reaches a desired level, even if the light amount of the lamp itself changes, illumination with a constant amount of light is realized and a stable screen is realized. In particular, when using an ultra-high pressure mercury lamp or metal halide lamp that has an arc length as short as 1 to 1.3 mm and is effective in reducing the size of the projector engine, the amount of light incident on the integrator 3 changes as the light emitting area of the lamp 2 moves. The actual illumination light amount on the panel may fluctuate and the display performance may be lowered, and there has been a demand for the solution. However, this is also an effective measure and has the advantage of improving the display performance.
[0084]
Also, since the signal corresponding to the actual detected light amount is calculated and written to the liquid crystal panel etc., the illumination light amount is switched slowly when the image changes from white to black, and quickly when the image changes from black to white. Driving is also possible. This ensures white peak brightness when changing from black to white, improves display performance, reduces motor load, saves power consumption, and extends motor life. Has the advantage of
[0085]
Here, an ultrasonic motor is used to rotate the polarizing plate, and the illumination light quantity control is performed with high speed and no backlash and excellent quietness. However, it goes without saying that other motors than the ultrasonic motor can be used.
[0086]
In the configuration described above, the amount of illumination light is controlled by rotating the polarizing plate. However, if a phase plate is used instead of this polarizing plate, there is almost no loss of light amount, which is more suitable as a high-intensity projector. When a λ / 2 plate is used as the phase plate, the phase of the linearly polarized light beam after passing through the λ / 2 plate is 2θ with respect to the linearly polarized light beam emitted from the PS conversion element 4 together with the rotation angle θ of the λ / 2 plate. Rotate. Therefore, the rotation angle of the λ / 2 plate with respect to the polarizing plate may be half, and higher-speed light amount modulation is possible. The amount of light of the rotated polarized light beam is only 2 to 3% at the phase plate, and is excellent in increasing the brightness. Since only the tilt component is illuminated on the liquid crystal panel by the polarizing plate in front of the liquid crystal panel, the amount of illumination light can be modulated.
[0087]
In the optical system of FIGS. 10 and 11, the light beam transmitted through the illumination light quantity modulation optical element (illumination light quantity modulator) 5 is illuminated to the liquid crystal panel of each color via the relay lenses 6 and 24. The dichroic mirror 8 transmits blue light and reflects the rest. The dichroic mirror 10 transmits red and reflects green. In this case, 16 is a blue liquid crystal panel, 17 is a green liquid crystal panel, and 18 is a red liquid crystal panel, which is a TN liquid crystal panel driven by using, for example, a TFT. Furthermore, in the case where each pixel is provided with a microlens, light vignetting at the opening is reduced, and high luminance can be achieved.
[0088]
Along with the illumination light amount modulation, the liquid crystal panel is also driven by a new method. This driving method will be described later. The light beams of the respective colors modulated by the liquid crystal panels of the respective colors are combined by the cross prism 22 and projected through the projection lens 23.
[0089]
[Example 6]
FIG. 13 is a schematic view showing a sixth embodiment of the present invention. In FIG. 13, light emitted from a light source 1301 such as a metal halide lamp or a xenon lamp is converted into substantially parallel light by a parabolic reflector 1302, reflected by a mirror 1303, and then through a condenser lens 1304 to the front end face ( A first light source image is formed at a position 1305-1. A diaphragm indicated by 1310 is provided near the light source image. When the stop 1310 is stopped, the amount of light incident on the integrator 1305 can be reduced. A part of the light beam incident on the integrator 1305 is transmitted through the integrator, and the remaining part is reflected by the internal reflecting surface once to several times and is emitted from the rear end surface (second end surface) 1305-2.
[0090]
When the focal length of the parabolic reflector 1302 is F3 and the focal length of the condenser lens 1304 is F4, 4 ≦ F4 / F3 ≦ 10 (where F3 is the above) It is preferable to use one that satisfies the distance from the bottom of the parabolic reflector to the focal point. This is because a small light source image can be formed at the front end face position 1305-1 of the integrator 1305.
The light beam from the integrator 1305 enters the convex lens 1306, passes through the dichroic filter 1311 that transmits only RGB or RGBW light, and forms an image of the light source 1301 in the vicinity of the reflecting mirror 1307. Although the dichroic filter is an example of a transmission type, it is needless to say that a reflection type is effective. The reflecting mirror 1307 is disposed at the position of the aperture stop 1313 of the projection lens 1314.
[0091]
In FIG. 13, the light beam from the integrator 1305 is reflected by the reflecting mirror 1307 and enters the plano-convex lens 1308, and is converted into substantially parallel light by the plano-convex lens 1308 to illuminate the DMD panel 1309, which is an optical modulator. The DMD panel 1309 forms image information by performing light modulation such as scattering or not scattering incident light for each pixel in accordance with the video signal. The liquid crystal display panel of the fifth embodiment described above has the same configuration and function, but it is possible to use another type of liquid crystal display panel as required.
[0092]
What is important in the optical system of this embodiment is that the rear end face 1305-2 of the integrator 1305 is imaged on the DMD panel 1309 by the convex lens 1306 and the plano-convex lens 1308. On the rear end face 1305-2 of the integrator 1305, the light beam that has passed through the integrator 1305 without being reflected and the light beam that has been reflected from one to several times overlap each other. The light intensity distribution is as follows. Accordingly, if the rear end face 1305-2 is conjugated with the display surface of the DMD panel 1309 by the convex lens 1306 and the plano-convex lens 1308, color unevenness and luminance unevenness are reduced on the display surface of the DMD panel, and as a result, the screen 1315. Color unevenness and luminance unevenness of the image displayed above are reduced. Further, the shape of the rear end surface 1305-2 of the integrator 1305 is made a rectangle substantially similar to the display surface of the DMD panel 1309, and the rear end surface 1305-2 of the integrator 1305 is imaged on the DMD panel 1309 at an appropriate magnification. The panel is illuminated efficiently.
[0093]
In FIG. 13, the lens 1304, the lens 1306, and the lens 1308 are each a single lens, but each of these lens systems may be configured by a plurality of lenses. The same applies to the lenses of the above-described embodiments. Therefore, the term “convex lens” in this specification refers to a lens system having a positive refractive power.
[0094]
The reflected light of each color modulated in accordance with the image signal by the DMD panel 1309 is collected by the plano-convex lens 1308, and at least a part of the light beam passes through the opening of the aperture stop 1313 and passes through the projection lens 1314. Projected onto 1315. At this time, a light source image similar to the image of the light source 1301 is formed in the opening of the diaphragm 1313 by the light regularly reflected by the DMD panel 1309. This is because the light source 1301, the front end face 1305-1 of the integrator 1305, the reflecting mirror 1307, and the aperture stop 1313 are in conjugate positions with each other. The optical system including the projection lens 1314 and the condenser lens 1308 is a system that is telecentric on the DMD panel side.
[0095]
This embodiment is a method of displaying RGB in a time-division manner by rotating the dichroic filter 1311 shown in FIG. 13. If the diaphragm 1310 for adjusting the amount of light is modulated in synchronism with one rotation, it is the same as the fifth embodiment. Brightness modulation can be performed. In addition, the diaphragm 1310 can be adjusted and the amount of illumination light can be modulated in synchronization with the level of each color of RGB time division.
[0096]
This configuration also has the advantage that the illumination light quantity can be modulated and the high dynamic range DMD can be further improved in high dynamic range with little cost.
[0097]
In the above embodiment, the DMD panel has been described as an example, but it goes without saying that this is also effective for a liquid crystal panel.
[0098]
[Example 7]
FIG. 14 shows a block diagram of an electric system according to the seventh embodiment of the present invention. In FIG. 14, 1400 is a DMD, and 1401 is a DMD driver unit. The driver unit 1401 includes a signal conversion processing unit 1402 such as time division, a memory 1403, a control unit 1404, and a reset driver 1405.
[0099]
In conjunction with signal processing, there is a color filter system 1406 (corresponding to 1311 in FIG. 13), which is composed of rotation synchronization, servo control 1407 and color filter 1408 itself.
[0100]
The aperture 1409, the power supply unit 1410, and the DMD driver unit 1401 are connected to the microcomputer 1462 and are controlled as a whole.
[0101]
The power supply unit 1410 includes a ballast 1411, a power supply 1412, a lamp 1413, a lamp fan 1414, and a power supply / electrical board cooling fan 1415. A user interface unit 1416 including a remote controller and buttons includes a remote controller 1417, LEDs 1418 that emit light from the remote controller, buttons and keys 1419, and a switch 1420.
[0102]
The acoustic system 1421 includes a D / A unit 1422 that D / A converts an output signal of a digital signal I / F such as LVDS or TMDS, a volume (VOL) adjustment circuit 1423, an amplifier 1424, and a speaker 1425.
[0103]
As the monitor function 1461, an S terminal 1426, a component video terminal 1427, a composite video terminal 1428, a digital broadcast terminal (D3) 1429, and the like are provided.
[0104]
On the other hand, the analog signal from the PC is input from the Dsub15 pin 1430, converted into a digital signal by the A / D converter 1434 via the phase adjustment 1431, the PLL 1432, and the preamplifier 1433, and enters the scan converter 1436 via the multiplexer 1435. .
[0105]
Further, the DTV signal enters the scan converter 1436 via the tuner unit 1437 and the MPEG decoder 1438. The normal NTSC is input via the scan converter 1436 after A / D conversion by the A / D converter 1451. Also, the audio signal separated from the DTV signal and the NTSC signal enters the transmission unit 1455 of the LVDS interface via the multiplexer 1452. The video signal from the scan converter 1436 and the audio signal from the multiplexer 1452 enter the front end 1454 and the acoustic system 1421 via the transmission unit 1455 and the reception unit 1453 of the LVDS interface. The output signal of the front end 1454 enters the DMD driver unit 1401.
[0106]
With this configuration, high-quality images can be obtained by using a front projector and a rear projector for offices, and it can also be applied to a large rear screen for consumers, a front TV, a home theater, a mini theater, and the like.
[0107]
In FIG. 14, the DTV tuner unit 1463 includes a tuner 1464, a SAW filter 1439, an A / D converter 1440, a VSB demodulator 1441, and a demixer 1442. The MPEG decoder 1438 includes a video decoder 1443 and an audio decoder 1444. The NTSC tuner 1445 includes a tuner 1446, a SAW filter 1447, an NTSC demodulator 1448, an audio decoder 1449, and an A / D converter 1450.
[0108]
As described above, according to the embodiment of the present invention, since the illumination light amount control means for adjusting the light amount irradiated to the light modulator is provided, it is possible to illuminate a dark screen with a low light amount and a bright screen with a high light amount. As a result, it is possible to achieve a higher contrast than when the light modulator is illuminated with a constant amount of light.
[0109]
According to the embodiment of the present invention, since the illumination light amount modulation means is provided between the light source and the light modulator, a dark screen can be illuminated with a low light amount, and a bright screen can be illuminated with a high light amount. As a result, the light modulator Higher contrast than when illuminated with a constant amount of light can be realized.
[0110]
According to the embodiment of the present invention, the illumination light quantity modulation means for directly controlling the light source that generates the light emitted to the light modulator is provided, so that a dark screen can be illuminated with a low light quantity and a bright screen with a high light quantity. As a result, it is possible to achieve a higher contrast than when the light modulator is illuminated with a constant amount of light.
[0111]
According to the embodiment of the present invention, by controlling the light amount and the signal amplification factor in a substantially inverse relationship, it is possible to achieve high contrast while keeping the display brightness in the halftone constant.
[0112]
【The invention's effect】
As described above in the specific embodiment, according to the present invention, high-quality image display can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electric system block diagram according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a display example according to the present invention.
FIG. 3 is a process flow block diagram according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of a second embodiment.
FIG. 6 is a block diagram of a third embodiment.
FIG. 7 is a flowchart of a processing method according to a third embodiment.
FIG. 8 is a block diagram of a fourth embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a processing flow of an illumination modulation coefficient calculation unit according to a fourth embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of an optical system of a liquid crystal projector according to a fifth example of the invention.
11 is a diagram showing a modification of the optical modulator portion of FIG.
12 is a flowchart showing the operation of the optical modulator of FIG. 11. FIG.
FIG. 13 is a configuration diagram of an optical system of a DMD projector according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of an electrical system of a DMD projector according to a seventh embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
69: Signal processing, 68: Switch, 67: A / D converter, 56: Memory, 57: DSP, 58: TG, 55: D / A converter, 54: Panel driver, 16, 17, 18: Liquid crystal panel 59: remote control, 60: control panel, 63: microcomputer, 61: USM driver, 62: USM, 64: ballast, 66: power supply, 70: audio circuit, 73: speaker.

Claims (1)

光変調素子に光源より発生する光を照射し、該光変調素子より透過又は反射した光により画像を表示する表示装置において、
入力表示信号に基づいて所定の演算を行う入力画像演算手段と、
前記光変調素子に照射される光量を検出するセンサと、
前記演算の結果と前記センサによる検出結果とに基づいて表示信号の調整を行う調整回路と、
前記演算の結果と前記センサによる検出結果とに基づいて、前記光変調素子に照射される光量を段階的に増加又は減少させる光量制御手段とを有し、
前記光量制御手段が、前記光量を所定の段階である第１の段階から１段階増加した第２の段階に増加させるときの閾値と、前記第２の段階からより低光量の段階に減少させるときの閾値とが異なるものであることを特徴とする表示装置。In a display device that irradiates a light modulation element with light generated from a light source and displays an image with light transmitted or reflected from the light modulation element.
Input image calculation means for performing a predetermined calculation based on an input display signal;
A sensor for detecting the amount of light applied to the light modulation element;
An adjustment circuit for adjusting a display signal based on a result of the calculation and a detection result by the sensor;
On the basis of the result of the operation and the detection result of the sensor, it has a light amount control means for the stepwise increasing or decreasing the amount of light irradiated on the optical modulator,
When the light amount control means decreases the light amount from the first step which is a predetermined step to the second step increased by one step, and when reducing the light amount from the second step to a lower light amount step A display device having a different threshold value .
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